仿生智能纳米界面材料

作者: 江雷著 , 冯琳著

出版社: 化学工业出版社

出版时间: 2016-03

版次: 1

ISBN: 9787122259035

定价: 298.00

装帧: 精装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 338页

字数: 428千字

正文语种: 英语

丛书: 先进功能材料丛书

分类: 工程技术

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　　智能材料是20世纪90年代新兴的一种复合功能材料。智能材料体系，包括多级次结构与功能，是一个认识自然、模仿自然，进一步越自然的研究过程。它也为科技的创新提供了新的思想，新的理论和前沿的方法。因此，模仿自然界生物的微纳米结构与功能将为生物与技术之前建起一座桥梁，这将为解决今天我们所面临的技术问题提供新的启示。
　　本书从智能材料入手，试图对仿生智能纳米界面材料进行尽可能的全面介绍，并重点讨论具有特殊浸润性的仿生智能纳米界面材料，第1章概述了智能材料的定义、仿生智能纳米界面材料的设计思想和典型实例及仿生纳米界面材料的智能化设计等。第2章介绍了几种自然界中具有特殊表面性能的生物体，如自清洁荷叶、在水面行走的水黾、在墙壁上行走的壁虎、沙漠集水的甲虫、具有特殊结构颜色的蛋白石、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛等。第3章从理论上阐述了表面微结构与特殊宏观浸润性能之间的必然联系。第4章介绍了仿生疏水表面，描述了几种典型的制备方法。第5章介绍了具有特殊浸润性的智能纳米界面材料。第6章为结论与展望。
　　本书对自然与人造微纳多尺度界面材料进行了一个较为全面的介绍，重点介绍了具有特殊浸润性的智能界面材料。受自然启发，作者提出一个“二元协同微纳米界面材料”的新概念。基于这种设计理念，异质材料的接触与耦合将为表面与界面材料带来全新的性质，这将创造出新的材料与器件。本书将科普与专业相结合，非常适合包括专业研究人员和科学爱好者。
　　江雷，中国科学院院士、第三世界科学院院士、百人、杰青、长江学者；中国科学院理化技术研究所研究员，博士生导师；北京航空航天大学化学与环境学院院长。“纳米研究”重大科学研究计划“仿生智能纳米复合材料”项目首席科学家。
　　主要从事交叉科学领域仿生智能界面材料的合成、制备及应用的研究工作，首次提出了“纳米界面材料的二元协同效应”，为仿生界面材料体系的发展提供了新方法。迄今发表SCI论文500余篇，被引用33000余次，H因子为84。15次作为Highlight在Science，Nature 及其系列杂志报道，已获发明专利授权70余项。现兼任《Small》国际顾问编委会主席、《材料科学》副主编、《Adv. Funct. Mater.》、《Acs Nano》、《Adv. Mater. Interfaces》、《高等学校化学学报》、《无机化学学报》、《高分子学报》等杂志的编委。
　　2015年获得ChinaNANO 奖（首位华人获奖者）；2014年作为中国大陆首位获奖人获得美国材料学会奖励“MRS Mid-Career Researcher Award ”；同年获得化学领域和材料领域汤森路透高被引科学家奖以及具国际引文影响力奖； 2014年度中国科学院杰出科技成就奖；2013年获得何梁何利科学技术奖；2011年获得第三世界科学院化学奖；2005年以“具有特殊浸润性（疏水/亲水）的二元协同纳米界面材料的构筑”成果获国家自然科学二等奖。曾获北京市科学技术奖一等奖，中国化学会青年化学奖，中国青年科技奖等奖励。

　　冯琳，清华大学化学系副教授，博士生导师。2003年于中国科学院化学研究所获博士学位（导师：江雷院士）。中国科学院物理研究所博士后（2005），美国加州大学伯克利分校访问学者（2009）。研究领域：功能纳米界面材料、油水分离材料、无机/有机复合纳米光催化界面材料。
About the Authors
Preface
Chapter 1. Summary of Biomimetic Smart Nano-scale 1
Interfacial Materials
1.1 Definition of Smart Materials 2
1.2 Designing Concept of Bio-inspired 6
Smart Interfacial Materials
1.3 Typical Examples of Using Above-Mentioned 43
Five Principles to Design Smart Materials
1.4 Intellectualized Design of Biomimetic 45
Interfacial Materials
References 49
Chapter 2. Living Organisms with Special Surface 57
Performance
2.1 Self-Cleaning Property of the Surfaces 57
of Plant Leaves
2.2 Surface Anisotropy 66
2.3 The Self-Cleaning and Anti-Reflection Function 74
of the Surface of Insect Wing
2.4 Walking on Water — Water Strider 79
2.5 Climbing Up the Wall — Gecko 84
2.6 A Desert Water-Collecting Insect — Desert Beetle 92
2.7 Master of Hiding — Color-Changing Desert Beetle 93
2.8 Structural Color in the Nature 96
References 102
Chapter 3. Wettability of the Solid Surface 107
3.1 Basic Theory of Wettability 108
3.2 Surfaces with Special Wettability 126
3.3 Contact Angle Hysteresis 142
References 162
Chapter 4. Biomimic Superhydrophobic Surface 165
4.1 Methods of Preparing Superhydrophobic Surfaces 165
4.2 Multi-Functional Superhydrophobic Surfaces 197
References 204
Chapter 5. Smart Nanoscale Interfacial Materials 209
with Special Wettability
5.1 Superamphiphobic Surface 210
5.2 Surface with Superhydrophobicity 213
and Superoleophilicity
5.3 Smart Surface with Reversible Superhydrophilicity 215
and Superhydrophobicity
References 310
Chapter 6. Conclusion and Prospect 319
6.1 Super-lattice Surface Structures (Stable 323
and Metastable Binary Cooperative
Complementary Structure)
6.2 Optically Controllable Superconducting System 325
(Superconducting/Normal-conducting Phase
Binary Cooperative Complementary Structure)
6.3 Chiroptical Switch (Chiral/Achiral Binary 325
Cooperative Complementary Structure)
6.4 Novel Mesoporous Structure (Crystalline/ 326
Amorphous Phase Binary Cooperative
Complementary Structure)
6.5 Interface of the Engineered Magnetism 328
(Ferromagnetic/Antiferromagnetic Binary
Cooperative Complementary Structure)
6.6 Ionic/Nonionic Conductor Binary Cooperative 330
Complementary Structure
6.7 Concave/Convex Periodic Binary Cooperative 332
Complementary Structure
6.8 Organic/Inorganic Binary Cooperative 334
Complementary Structure
References 337
Index 339
内容简介:
　　智能材料是20世纪90年代新兴的一种复合功能材料。智能材料体系，包括多级次结构与功能，是一个认识自然、模仿自然，进一步越自然的研究过程。它也为科技的创新提供了新的思想，新的理论和前沿的方法。因此，模仿自然界生物的微纳米结构与功能将为生物与技术之前建起一座桥梁，这将为解决今天我们所面临的技术问题提供新的启示。
　　本书从智能材料入手，试图对仿生智能纳米界面材料进行尽可能的全面介绍，并重点讨论具有特殊浸润性的仿生智能纳米界面材料，第1章概述了智能材料的定义、仿生智能纳米界面材料的设计思想和典型实例及仿生纳米界面材料的智能化设计等。第2章介绍了几种自然界中具有特殊表面性能的生物体，如自清洁荷叶、在水面行走的水黾、在墙壁上行走的壁虎、沙漠集水的甲虫、具有特殊结构颜色的蛋白石、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛等。第3章从理论上阐述了表面微结构与特殊宏观浸润性能之间的必然联系。第4章介绍了仿生疏水表面，描述了几种典型的制备方法。第5章介绍了具有特殊浸润性的智能纳米界面材料。第6章为结论与展望。
　　本书对自然与人造微纳多尺度界面材料进行了一个较为全面的介绍，重点介绍了具有特殊浸润性的智能界面材料。受自然启发，作者提出一个“二元协同微纳米界面材料”的新概念。基于这种设计理念，异质材料的接触与耦合将为表面与界面材料带来全新的性质，这将创造出新的材料与器件。本书将科普与专业相结合，非常适合包括专业研究人员和科学爱好者。
作者简介:
　　江雷，中国科学院院士、第三世界科学院院士、百人、杰青、长江学者；中国科学院理化技术研究所研究员，博士生导师；北京航空航天大学化学与环境学院院长。“纳米研究”重大科学研究计划“仿生智能纳米复合材料”项目首席科学家。
　　主要从事交叉科学领域仿生智能界面材料的合成、制备及应用的研究工作，首次提出了“纳米界面材料的二元协同效应”，为仿生界面材料体系的发展提供了新方法。迄今发表SCI论文500余篇，被引用33000余次，H因子为84。15次作为Highlight在Science，Nature 及其系列杂志报道，已获发明专利授权70余项。现兼任《Small》国际顾问编委会主席、《材料科学》副主编、《Adv. Funct. Mater.》、《Acs Nano》、《Adv. Mater. Interfaces》、《高等学校化学学报》、《无机化学学报》、《高分子学报》等杂志的编委。
　　2015年获得ChinaNANO 奖（首位华人获奖者）；2014年作为中国大陆首位获奖人获得美国材料学会奖励“MRS Mid-Career Researcher Award ”；同年获得化学领域和材料领域汤森路透高被引科学家奖以及具国际引文影响力奖； 2014年度中国科学院杰出科技成就奖；2013年获得何梁何利科学技术奖；2011年获得第三世界科学院化学奖；2005年以“具有特殊浸润性（疏水/亲水）的二元协同纳米界面材料的构筑”成果获国家自然科学二等奖。曾获北京市科学技术奖一等奖，中国化学会青年化学奖，中国青年科技奖等奖励。

　　冯琳，清华大学化学系副教授，博士生导师。2003年于中国科学院化学研究所获博士学位（导师：江雷院士）。中国科学院物理研究所博士后（2005），美国加州大学伯克利分校访问学者（2009）。研究领域：功能纳米界面材料、油水分离材料、无机/有机复合纳米光催化界面材料。
目录:
About the Authors
Preface
Chapter 1. Summary of Biomimetic Smart Nano-scale 1
Interfacial Materials
1.1 Definition of Smart Materials 2
1.2 Designing Concept of Bio-inspired 6
Smart Interfacial Materials
1.3 Typical Examples of Using Above-Mentioned 43
Five Principles to Design Smart Materials
1.4 Intellectualized Design of Biomimetic 45
Interfacial Materials
References 49
Chapter 2. Living Organisms with Special Surface 57
Performance
2.1 Self-Cleaning Property of the Surfaces 57
of Plant Leaves
2.2 Surface Anisotropy 66
2.3 The Self-Cleaning and Anti-Reflection Function 74
of the Surface of Insect Wing
2.4 Walking on Water — Water Strider 79
2.5 Climbing Up the Wall — Gecko 84
2.6 A Desert Water-Collecting Insect — Desert Beetle 92
2.7 Master of Hiding — Color-Changing Desert Beetle 93
2.8 Structural Color in the Nature 96
References 102
Chapter 3. Wettability of the Solid Surface 107
3.1 Basic Theory of Wettability 108
3.2 Surfaces with Special Wettability 126
3.3 Contact Angle Hysteresis 142
References 162
Chapter 4. Biomimic Superhydrophobic Surface 165
4.1 Methods of Preparing Superhydrophobic Surfaces 165
4.2 Multi-Functional Superhydrophobic Surfaces 197
References 204
Chapter 5. Smart Nanoscale Interfacial Materials 209
with Special Wettability
5.1 Superamphiphobic Surface 210
5.2 Surface with Superhydrophobicity 213
and Superoleophilicity
5.3 Smart Surface with Reversible Superhydrophilicity 215
and Superhydrophobicity
References 310
Chapter 6. Conclusion and Prospect 319
6.1 Super-lattice Surface Structures (Stable 323
and Metastable Binary Cooperative
Complementary Structure)
6.2 Optically Controllable Superconducting System 325
(Superconducting/Normal-conducting Phase
Binary Cooperative Complementary Structure)
6.3 Chiroptical Switch (Chiral/Achiral Binary 325
Cooperative Complementary Structure)
6.4 Novel Mesoporous Structure (Crystalline/ 326
Amorphous Phase Binary Cooperative
Complementary Structure)
6.5 Interface of the Engineered Magnetism 328
(Ferromagnetic/Antiferromagnetic Binary
Cooperative Complementary Structure)
6.6 Ionic/Nonionic Conductor Binary Cooperative 330
Complementary Structure
6.7 Concave/Convex Periodic Binary Cooperative 332
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6.8 Organic/Inorganic Binary Cooperative 334
Complementary Structure
References 337
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